LHCB DENEYİNDE KOZMİK ÇARPIŞMALAR
LHCb dedektöründe tam olarak yeniden yapılandırılmış bir proton-helyum çarpışma olayına bir örnek. Antiproton olarak tanımlanan parçacık pembe renkte gösterilir.
Geçtiğimiz hafta, La Thuile, İtalya'daki 52. Rencontres de Moriond EW'de, LHCb deneyi benzeri görülmemiş ve olağan dışı bir çalışmanın sonuçlarını sundu. Her zamanki proton-proton çarpışmaları yerine bu kez LHCb dedektörü protonlar ve helyum çekirdeği arasındaki çarpışmaları kaydetti. Bu tür çarpışma, genellikle, kozmik ışınlı parçacıkların, esas olarak hidrojen ve helyumdan oluşan yıldızlararası parçacıkların çarpıştığı ve uydu temelli deneylerle tespit edildiği Dünya'nın atmosferinin çok üzerinde görülebilir. Bilim adamları bu süreci daha iyi anlamak isterken, özellikle de enerjik kozmik-ışın protonları yıldızlararası ortamın helyum çekirdeğine çarptığında kaç tane antiprotonun yaratıldığını anlamaya çalışıyorlar.
Bu çalışmanın amacı, karanlık madde sinyallerinin araştırılmasıyla ilgilidir. Karanlık madde görünmez bir maddenin türüdür, diğer bir deyişle herhangi bir elektromanyetik radyasyon yaymaz, evrenin dörtte birini oluşturuyor, ancak henüz ispatlanabilmiş değil. Karanlık madde, parçacık fiziğinin Standart Modeli'nin pek çok uzantısı içerisinde varlığı öngörülen bir çeşit (henüz keşfedilmemiş) kararlı parçacıklardan oluşuyorsa, bu karanlık madde parçacıkları çarpışabilir ve özellikle antiprotonlar da dâhil olmak üzere sıradan parçacıklar ve antipartiküller üretebilir.
Bununla birlikte, antiprotonlar, yıldızlararası ortamda kozmik-ışın protonlarının hidrojen ve helyum çekirdeği ile çarpışması yoluyla da oluşturulabilir. Bu nedenle, karanlık maddenin varlığının potansiyel bir işareti, "standart" süreçlerden beklenenin üzerinde olan bir takım antiprotonların gözlemlenmesi olabilir. Gerçekten de, PAMELA ve AMS-02 uzay-tabanlı deneyler, etkileyici bir hassasiyet derecesine sahip, kozmik-ışını ölçümlerinde protonlara kıyasla bu kadar ilginç bir antiproton fazlalığı buldu.
Kozmik-ışın çarpışmalarından gelen antiproton üretimi hakkındaki teorik anlayışımız özellikle proton-helyum çarpışmalarında antiproton üretiminin olasılığı konusunda hala büyük belirsizliklerden etkileniyor. Kozmik ışınlardan gelen karşıt önlemlerin beklenen sayısının tam olarak belirlenmesi imkânsız olmuştur, böylece uydu deneylerinin sonuçlarının basit bir şekilde yorumlanmasını önlemiştik.
LHCb deneyi burada gerçekleşti. Neon, helyum ve argon gibi soylu gazları etkileşim bölgesinin yakınındaki ışın borusuna enjekte etme fikri, proton-ışını parlaklık ölçümleriyle ilgili çeşitli nedenlerle önerildi. Ancak astropartikül fiziğinde çalışan LHCb fizikçileri bu potansiyeli hızla fark etti; gaz enjeksiyon tekniği, kozmik ortamı taklit etmek ve ilk kez proton-helyum çarpışmalarında antiprotonların üretim kesitini ölçmek için kullanılabilir.
Bu analizde kullanılan proton-helyum çarpışma verileri Mayıs 2016 başlarında kaydedildi. Çeşitli partiküllerin, özellikle antiprotonların tanımlanmasında, LHCb deneyi, büyük oranda ilgili enerjilerdeki antiproton üretim kesitini de ölçebildi ve böylece yaklaşık% 10'luk bir hassasiyet elde edildi. Bu ölçüm, şimdiye kadar teorik kozmik ışın modellerinde kullanılan proton-helyum çarpışmalarındaki karşıt madde üretim kesitinin değerlerindeki belirsizliği önemli ölçüde azaltır.
LHCb sonucu, yıldızlararası ortamla kozmik-ışın çarpışmalarından beklenen antiprotonların sayısının öngörüsü üzerinde önemli bir etkiye sahip olacak, Astrofizik topluluğu şimdi bunu hesaplamalarına dahil etmekle meşgul. Bu çalışma, olası karanlık madde kökeni üzerinde ışık tutarak uzaydan gelen antiproton akışıyla ilgili daha karmaşık hale gelen PAMELA ve AMS-02 verilerini yorumlamayı sağlayacaktır.
Farklı enerji aralıklarında antiproton enerjisinin bir fonksiyonu olarak helyum çekirdeğiyle LHC protonlarının çarpışmalarında antiproton üretimi kesit alanı. Kozmik ışınlı fizikte kullanılan en popüler modellerin bazıları renkli gerçek çizgilerle temsil edilir ve LHCb sonuçları üstüste binen veri noktalarıdır. Model tahminleri arasındaki dağılım, LHCb ölçümünden önce proton-helyum çarpışmalarında karşıtmadde üretim kesitinin değerindeki büyük belirsizliği göstermektedir. Dikey ölçeğin logaritmik olduğu, dolayısıyla (veri noktalarının) küçük bir dikey yer değiştirmesi, teorik modellere göre fiili olarak büyük bir farka karşılık gelir ve bu değerler dar sıralı çizgilerle temsil edilir.
Kaynak:https://home.cern/about/updates/2017/03/cosmic-collisions-lhcb-experiment
Çeviri: Celal DEMİRTAŞ
Yayınlama tarihi: 27.03.2017